牛粪堆肥对总石油烃的降解效果及微生物性质研究

摘要

石油类污染物在环境中的积累数量日益增多，对人体健康和整个生态系统的安全都构成了很大的潜在威胁。生物修复法具有成本低、无二次污染等优点，正逐渐成为一种安全有效的石油污染修复技术。生物修复主要是利用微生物共代谢作用将原油转化为毒性较小的化合物，而堆肥过程中的微生物具有很高的活性，所以采用堆肥技术降解石油污染物具有巨大的发展潜力。
　　 在堆肥原料牛粪中加入不同浓度的石油(0、1％、5％和10％)进行不同温度下(20℃和50℃)的堆肥是本文的特点。通过定期取样测定污染物浓度和生物指标，一方面可以研究堆肥过程中微生物共代谢作用在不同温度下对总石油烃的降解效果，包括饱和烃、芳香烃、极性物和多环芳烃等的含量变化；另一方面通过菌落数、酶活性和微生物多样性的变化情况，可以比较不同原油浓度对微生物的毒性大小，筛选出降解效果优秀的石油降解菌。主要研究结果有：
　　 (1)研究了总石油烃萃取方法的各种影响因素，通过正交试验，得到总石油烃超声-索氏萃取重量法的最佳条件为：超声功率60 W，超声10 min，样品：萃取剂=1:25，萃取6h；
　　 (2)堆肥过程中，除了10％浓度石油堆肥处理外，其它处理的pH值在堆肥后都有所降低；初期堆料的碳氮比在25～35之间，且随堆肥时间逐步降低，末期都在20以下，说明堆肥基本达到腐熟；
　　 (3)总石油烃含量有不同程度的降低，最高降解率是1％石油浓度堆肥处理的(42.21±1.60)％；饱和烃含量下降，而芳香烃和极性物却是先增大后减小，三环、四环和五环多环芳烃的含量都有所降低；
　　 (4)酶活性方面，由于随温度升高微生物数量减少，过氧化氢酶活性和多酚氧化酶活性都是开始前7天下降，之后开始上升；但由于石油烃的刺激作用，脱氢酶活性的表现却是先升高再降低，而这三种酶都会促进石油烃的降解；
　　 (5)变性梯度凝胶电泳分析表明50℃堆肥后微生物多样性会增大，即堆肥有助于微生物群落的稳定，而原油的生物毒性对菌群具有选择作用，更多地表现出对微生物多样性的抑制；
　　 (6)通过反复分离纯化得到六株不同形态的优势菌，降解实验结果表明，六株降解菌都显著地降低了土壤中的总石油烃含量，降解率最高为菌M4(64.18±4.88)％，最低是菌M3(26.33±2.15)％，可用于石油污染土壤的修复；
　　 (7)大港油田现场修复工作表明，细菌.真菌联合菌剂与植物搭配对石油污染土壤具有良好的修复效果，5个月的最高石油去除率达到(75.7±4.16)％，PAHs的总量也有明显下降，最高去除率为82.75％。
　　 由实验结果可以看出，合理调控堆肥因子，利用堆肥中微生物的共代谢作用可以达到降解石油的目的，而且效果显著。